Атмосфера должна быть чистой. Применение статистических методов при аттестации источников эмиссии и оценке качества атмосферного воздуха

Назаркин Виктор

Система контроля выбросов и сбросов ЗВ, а также качества окружающей среды является сложной системой, что вытекает из многообразия анализируемых веществ, многообразия интервалов их содержания и условий определения. Однако, при организации системы контроля ЗВ возникают принципиальные трудности, выходящие далеко за рамки чисто аналитических проблем. Прежде всего, это связано со сложной статистической (пространственно-временной) структурой самих объектов исследования. Процессы распространения примесей в атмосфере и водных объектах регулируются сложным комплексом гидрометеорологических и геофизических факторов, поэтому их характеристики не являются строго детерминированными. Наличие существенной стохастической составляющей в пространственной и временной

структуре поля концентрации ЗВ требует привлечения специальных методов обработки и интерпретации экспериментальных данных, которые позволили бы получить характеристики, наиболее полно и объективно представляющие степень и интенсивность загрязнения промышленными выбросами и которые можно было бы сопоставить с границами допуска ПДВ (ПДС) или ПДК.

Если при интерпретации данных контроля не использовать информацию о статистической структуре концентрации ЗВ, то это может привести к грубым ошибкам в оценке санитарно – гигиенической обстановки и, как следствие, принятие ошибочных решений как в планировании природоохранной деятельности, так и в оценке эффективности проводимых мероприятий.

Система контроля ЗВ, как информационно-измерительная система подразделяется на две основные подсистемы. Первая призвана обеспечить информацию о мощности источников ЗВ (контроль эмиссий), вторая – для оценки качества окружающей среды (контроль иммиссий).

В первом случае измерения проводятся непосредственно в источниках эмиссий, которыми в большинстве случаев являются организованные источники выбросов и сбросов. Таким образом, под эмиссионными измерениями понимают анализ отходящих газов предприятий или сбросных вод и изучается вопрос о не превышении границ допуска интенсивности ПДВ (ПДС) за контрольный период времени. Значительным антропогенным фактором и источником эмиссий являются автодороги, которые рассматриваются как линейные источники, также имеют место неорганизованные источники эмиссий, карьеры, хвостохранилища горно-обогатительных и химических предприятий, терриконы, отвалы.

В ряде случаев отдают предпочтение организации контроля иммиссий. Под измерениями иммиссий понимают определение концентрации ЗВ в атмосферном воздухе и воде водных объектов, при этом изучается вопрос о не превышении границ допуска – ПДК. Если при контроле иммиссий результаты получают только проведением прямых измерений при помощи аналитической техники, то при контроле интенсивности выбросов, нередко пользуются расчетными и балансовыми методами. Это связано, прежде всего, с трудностями проведения прямых измерений из-за влияния сложного комплекса технологических, физико-химических и метеорологических факторов и условий в точках контроля анализируемых сред.

Ограниченность подхода ведет к потере информации и, как следствие, к потере объективности оценки санитарно-гигиенической обстановки и не возможности управления качеством окружающей среды.

Оценки интенсивности источников выбросов из балансовых расчетов не могут быть приняты в целом ряде случаев, особенно с выбросами и сбросами высокотоксичных ЗВ I, II классов опасности, допустимые и фактические концентрации которых, как правило, весьма малы, а также в случае генерации выбросов аэродисперсных систем ЗВ, например в тепло – и массообменной аппаратуре.

Таким образом, в большинстве случаев для оценки обстановки и управления качеством окружающей среды нет разумной альтернативы организации системы контроля, основанной на технике прямых дискретных измерений. Очевидная сложность и дороговизна таких систем требует тщательного поиска путей оптимизации их деятельности. Точность и объективность информации является единственным критерием оценки измерительно-информационных систем, в том числе и систем контроля ЗВ. Как правило, этот критерий находится в противоречии с соображениями экономии материальных затрат. Очевидно, что предпочтительней такой метод, который обеспечивает ту же точность при меньшей экспериментальной работе или меньшем объеме исходных данных. Следовательно, развитие методов интерпретации данных

прямых измерений, определение контрольных параметров, оптимального объема и оптимальной дискретности для достижения заданной точности, представляет собой наиболее общую проблему, решение которой позволяет существенно повысить и унифицировать качество информации о состоянии окружающей среды и антропогенном влиянии промышленных предприятий.

С формальной точки зрения задача относится к рассмотрению проблем, связанных с пересечением случайным процессом некоторых фиксированных уровней.

2.1. 

Проблема оценки антропогенного влияния.

В большинстве случаев существующие системы контроля ЗВ основаны на получении и анализе данных прямых дискретных измерений, выполненных в течение некоторого отчетного периода (20-30 минут, час, сутки, месяц, квартал, год). На основе обработки и интерпретации дискретных данных определяется общая масса выброса за период, делается оценка мощности источников, а также их аттестация с точки зрения превышения установленных уровней ПДВ (ПДС) или ПДК. Аналогично решаются задачи оценки качества атмосферного воздуха и технологического микроклимата. Такой контроль называется выборочным статистическим. При этом по данным некоторой выборки, ограниченного объема должна быть сделана объективная оценка уровней концентрации ЗВ. Периодичность контроля ЗВ в сбросах и выбросах предприятий, а также технологического микроклимата составляет от 1 измерения в смену до одного измерения в год. Наиболее распространенной частотой проведения измерений является 1 измерение в сутки. Некоторые ингредиенты, относящиеся к первому и второму классам опасности [3], такие как гексахлор-1,3-бутадиен, ртуть, и – активные аэрозоли, бериллий и некоторые другие контролируются с наименьшей дискретностью – от одного измерения в час до одного в смену.

Соответствующие данные о параметрах источников выбросов и сбросов, а также о санитарно-гигиенической обстановке используются для разработки планов природоохранных мероприятий. При этом результаты обследования обладают рядом существенных недостатков:

Во всех без исключения случаях используются точечные оценки контролируемых параметров, которые получают по дискретным выборкам ограниченного объема. При этом не делается никаких оценок точности и достоверности полученных результатов. Тем не менее, известно, что выборочные средние обладают выборочной неустойчивостью и точечные оценки могут весьма существенно отличаться от оцениваемых параметров [5, 6, 7].

В оценке санитарно-гигиенической обстановки или при аттестации источников выбросов ЗВ практически не используются представления о спектрах частот появления различных значений концентрации ЗВ в точках наблюдений. Отсутствие данных о распределении частот ведет к значительному произволу в оценках обстановки. Например, если распределение частот есть распределение Гаусса, а общее количество проб за контрольный период времени (Т) есть n, то частота появления значения концентрации Х определяется формулой:

, (2.1)

где m, s – параметры распределения.

Рис. 2.1. Плотность распределения Гаусса с параметрами (а) и .

Так как изучаемая величина Х при любом (Т) принимает значения из некоторого интервала Хmin <= X <= Xmax, то имеет принципиальное значение какая из величин сопоставляется с границей допуска – ПДК. Если >= ПДК, то учитывая (2.1) ясно, что, по крайней мере, 50% Х превосходят норматив, если же только Xmax >= ПДК, то вероятность такого события определяется выборкой и может быть сколь угодно малой. Таким образом, только произвол в интерпретации данных может дать различную оценку степени напряженности санитарно-гигиенической (экологической обстановки).